Автоматический анализатор спектра Советский патент 1976 года по МПК G01R23/00 

(54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

Изобретение относится к измериа льной технике и предназначено для исследования случайных электрических сигналов в реальном масштабе времени, например в технк™ ческой и медицинской диагностике; акустике ридролокацки и др.

Известен анализатор спектрва содержащий блок утфавлення, нодключенный к управляющим входам квантователя, перекгаочатехш, ключа, соединенного выходом с шиной нуле- вого потенциала, генератора импульсов и сумматора, вход анализатора соединен с входом квантователя, первый выход которого подключен к блоку управления.

Недостаток известных анализаторов спектра состоит в трудности обеспечения стабильности частот настройки одновременно нескольких десятков ждущих генераторов контуров, сохранения идентичности их добротности, синфазности возбуждения колебаний, что усложняет конструкцию анализатора и увеличивает его объем. При этом ограничение функциональных возможностей анализатора связано с тем, что вычисление функции спектральной плотности мощности сигнала

может проггавод ггься только с использованием мгюгокакального по выходу коррелятора и только после вычисления всех М-ординат корреляционной функщш исследуемого стггнала,

Цель изобретения - повышение точности при работе в реальном масштабе времени.

Дчя этого предлагаемое устройство содержит ждут-шш генератор и аналого-цифрово преобразователь, информационный вход которого соединен с выходом ждущего генератора, управляющий вход подключен к генератору импул.ьсов а выход соединен с входом сумматора, при этом первый вход ждущего генератора подключен к выходу переключателя, второй вход - к блоку управления.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого автоматического анализатора спектра; на фкг, 2 - временные диаграммы.

Анализатор содержит квантователь 1, вход которого соединен с источником исследуемого электрического с,игнала, а общий выход через первый контакт переключателя 2 - с входом ждущего генератора 3, выход которого соедтшен с входами ключа 4 и аналого-цифрового преобразователя 5. При этом управляющие вход и выход квантователя 1 соединены с выходом и входом блока управления 6, второй выход которого со динен с входом генератора импульсов 7, вы ход которого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя 5, а выход последнего - с входом сумматора 8, причем выход ключа 4 соедтшен с шиной нулевого потенциала. Автоматический анализатор спектра работает следующим образом. Перед началом работы все устройства анализатора установлены в исходное состоя ние, переключатель 2 - в положение си, ключ 4 закрыт. Исследуемый электрический сигнал подается на вход квантователя 1 (см. фиг.2а в котором осуществляется его преобразование в дискретн то форму X ( i л. -t ) по командам с блока управления 6. Одновременно с получением первого отсчета блок упра ления переводит подвижный контакт пере- 1шючателя 2 в положение сГ, который мгновенно возвращается в положение я/, благодаря чему на вход ждущего генератора 3 поступает возбуждающий импульс (амплитуда которого равна отсчету входного сигнала), возбуждающий в генераторе 3 гармоническое моночастотное колебание чacтoтыi.J с амплитудой, равной амплитуде возбуждающего импульса. Это колебание подается на вход аналого-цифрового преобразователя 5 и подвергается преобразованию в цифровой код с частоа-ой, определяемой частотой следования управляющих импульсов от генератора икшульсов 7 (см. фиг. 2 б). Частота этих импульсов в 1-енераторе 7 была установлена одновременно с возбуждением ждущего генератора 3 входным отсчетом, С выхода, преобразователя 5 числа в цифровом коде поступают на вход сумматора 8, где распределгпотся последовательно в суммирую щие ячейки 1, 2, 3,..., (к-1) (см. фиг, 2е) После записи числа в ячейку к по команде с блока управления 6 открывается ключ 4, срывая колебания в ждущем генераторе 3. След; ющая команда устанавливает в генера торе 7 HOBJTO частоту следования импульсов. Во время второго цикла накопления (см. фиг. 2, в ) последовательность операций повторяется: ждущий генератор 3 возбуждается вторым отсчетом, моночастотное колебание амплитуды У (2) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5 и преобразуется в двоичный код частотой Г , распределяясь в те же ячейки 1, 2, 3, ..,, (к-1) сумматора 8, постепенно формируя огибающую спектра ( фиг. 2 е, графики а,б). После окончания последнего цикла (фиг. 23), при котором числа в сумматор поступают с частотой Т , в нем накапливается спектр входного сигнала длительности ( 0-t). Таким образом, каждые из 1 , 2, ..., мотсчетов - выборок входного сигнала поочередно возбуждают моночастотное колебание, амплитуда которого равна амплитуде 1,2,...... , м - выборки, после чего каждое моночастотное колебание подвергают дискретизации с частотой, соответственно в 1,2,..., м раза меньшей, чем при первом цикле (что эквивалентно временной компрессии моночастотного сигнала в 1, 2, ..., м раз соответственно). Получаемая при этом в сумматоре сумма { 1,2,3,... ,(к-1), k двоичных чисел пропорциональна спектру входного электрического с.игнала, при этом ось абсцисс полученного результата масщтабируют в соответствии с выбранной частотой моночастотного колебания АЙА И(ut1 S(f)B, S SxCeAt)cosU2ir - )ССп-дГ5 i l- TIM В,1 :{ coTisi - заданная частота возбуждаемых колебаний; В , - масщтабный коэффициент щкалы частот. Такая структура анализатора позволяет повысить точность измерения спектра благодаря высокой стабильности амплитуды и частоты колебаний с выхода ждущего генератора ( ввиду того, что колебания имеют одну фиксированную частоту); существенно расщиряются функциональные возможности анализатора - при анализе амплитудного спектра низкочастотных сигналов роль входного преобразователя выполняет квантователь непрерывного сигнала для последовательного возбуждения выборками ждущего генератора; при анализе высокочастотных сигналов входной преобразователь содержит дискретизатор и буферное запоминающее устройство небольшой емкости; при анализе спектральной плотности мощности случайных процессов функции входного преобразователя может выполнять любой коррелятородноканальный или многоканальный, аналоговый или цифровой с аналоговым общим выходом; последовательность формирования спектра в сумматоре создает возможность прекращения измерений спектра после любого цикла накопления оценки (.при обеспечении ее устойчивости), благодаря чему увеличивается оперативность воздействия на источник случайных скгналов в течение эксперимента, что может сократить длительность проводимых экспериментов.

Формула изобретения

Автоматический анализатор спектра, содержащий блок управления, подключенный к управляющим входам квантователя, переключателя, ключа, соединенного выходом с шиной нулевого потенциала, генератора импульсов и сумматора, вход анализатора соединен с входом квантователя, первый выход

г,

11

I

которого) подключен к блоку управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при работе в реальном масштабе времени, устройство содержит ждущий генератор и аналого-цифровой преобразователь, информационный вход которого соединен с выходом ждущего генератора, управляющий вход подключен к генератору импульсов, а выход соединен с входом сумматора, при этом первый вход ждущего генератора подключен к выходу переключателя, второй вход - к блоку управления.

5

д

i .

1-I-г1 2 3

-г-1-I-I- :f

г Л-/ Л

(

Фиг. 2